Introdução: A moldagem por injeção é um processo de fabrico amplamente utilizado para produzir peças de grande volume com qualidade consistente. Esta tecnologia envolve a injeção de plástico fundido numa cavidade de molde de metal para determinar a forma final do produto.

No entanto, os métodos convencionais de fabrico destes moldes podem ser morosos e dispendiosos, particularmente para pequenas séries de produção ou para produções personalizadas. A impressão 3D é uma solução económica que permite aos fabricantes produzir rapidamente moldes com geometrias intrincadas e detalhes finos que anteriormente não eram possíveis com as técnicas de fabrico tradicionais.

Neste artigo, vamos aprofundar o processo de criação de moldes impressos em 3D para moldagem por injeção.

Aspectos a ter em conta antes de escolher um molde de injeção para impressão 3D

O sucesso do processo de moldagem por injeção depende em grande medida da qualidade do molde impresso em 3D. Factores como a quantidade de impressão e o ângulo de inclinação desempenham um papel crucial no resultado, conforme discutido abaixo:

Tiragens: É importante notar que os moldes de injeção impressos em 3D, embora rentáveis e eficientes para a produção de baixo volume, têm uma integridade estrutural inferior em comparação com os moldes de metal. Tipicamente, estes moldes são viáveis para 30 a 100 execuções, o que os torna ideais para fins de prototipagem rápida. Para volumes de produção maiores, os moldes tradicionais de alumínio ou aço podem ser mais adequados.

Ângulo de inclinação: A incorporação do ângulo de inclinação correto no desenho do molde é essencial para uma desmoldagem sem problemas da peça moldada por injeção após a produção. Um ângulo de inclinação recomendado de 20 graus facilita a desmontagem das peças moldadas, assegurando um processo de fabrico sem problemas

Tamanho e forma: Compreender as dimensões do projeto desejado peça moldada por injeção é crucial para selecionar o tamanho e a forma adequados do molde. Nomeadamente, os moldes impressos em 3D diferem dos moldes maquinados por CNC em termos de tamanho, sendo normalmente mais pequenos. Esta diferença de tamanho tem impacto na gama de peças moldadas por injeção que podem ser produzidas utilizando moldes impressos em 3D em comparação com os moldes maquinados por CNC.

Concluído sem falhas: A integridade da superfície dos moldes impressos em 3D é ocasionalmente inferior à dos moldes de injeção de metal devido ao impacto negativo das elevadas temperaturas de moldagem por injeção no desempenho do molde. Consequentemente, estes moldes não são a seleção ideal para projectos que necessitem de um acabamento refinado. Optar por um molde de injeção de alumínio ou aço é uma alternativa superior.

Em alternativa, a utilização de um revestimento de proteção composto por materiais como a cerâmica no molde impresso pode atenuar a degradação térmica e ajudar a obter um acabamento polido.

Criar um desenho CAD

O passo inicial na criação de um molde impresso em 3D para moldagem por injeção é desenhar o molde utilizando um software de desenho assistido por computador (CAD). Os factores que devem ser considerados durante o processo de conceção incluem a geometria da peça, o material de moldagem, a localização da porta e os canais de arrefecimento.

Para aliviar os desafios de design ao criar um molde de impressão 3D, várias dicas podem ser benéficas. Em primeiro lugar, é fundamental selecionar o material de molde adequado. É essencial assegurar que o material escolhido é suficientemente robusto e rígido para suportar a pressão gerada durante o processo de injeção. Além disso, o ponto de fusão do molde deve exceder o ponto de fusão do material de moldagem por injeção.

Em segundo lugar, a conceção meticulosa do molde é imperativa para o fabrico bem sucedido do molde. A superfície interna do molde deve ser posicionada de forma a evitar o contacto com o suporte de impressão. A incorporação de aberturas no desenho do molde pode ajudar a eliminar o ar preso durante o processo de moldagem por injeção, reduzindo assim defeitos como peças porosas. Além disso, a integração de canais de arrefecimento no desenho do molde facilitará a redução do tempo de arrefecimento.

Ao conceber a sua peça, considere também a possibilidade de incorporar um ângulo de inclinação. Garantir uma espessura de parede uniforme nas peças moldadas e evitar cantos afiados são factores cruciais a ter em conta. A rebarba na moldagem por injeção é outra consideração importante; isto ocorre quando o material extra sai da linha de separação da matriz de extrusão. Para eliminar as rebarbas, recomenda-se a inclusão de um sistema de canais no projeto do molde. Além disso, podem ser feitos ajustes pós-projeto, como o aumento da força de aperto e/ou a redução da pressão de injeção.

Molde do projeto

Opções de materiais: Para criar um molde utilizando a impressão 3D, é necessário ter em conta vários factores, incluindo materiais, componentes, defeitos de moldagem por injeção, entre outros.

Podem ser utilizados vários materiais para produzir moldes de injeção para impressão 3D, incluindo PETG, ABS, nylon, PP e acetal. Ao selecionar o material para o seu molde de plástico para impressão 3D, é crucial ter em conta os dois aspectos seguintes:

Força e rigidez: Os polímeros plásticos adequados para moldes de injeção de impressão 3D têm de apresentar resistência e rigidez após a impressão. Estas qualidades são vitais para permitir que o molde suporte a tensão gerada durante o processo de injeção.

Resistência à temperatura: Como a moldagem por injeção funciona a temperaturas elevadas para facilitar o fluxo ideal do plástico fundido, é imperativo que o material plástico escolhido para a criação do molde possua um ponto de fusão superior ao do moldagem por injeção material.

Conceção do molde: Esforçar-se por melhorar a precisão dimensional, tendo em conta as tolerâncias de maquinação no molde para posterior pós-processamento e redimensionamento. Gerar uma série de moldes para avaliar as discrepâncias dimensionais e incorporar estas variações no modelo CAD dos moldes.

Aumenta a longevidade do molde abrindo a porta para aliviar a pressão dentro da cavidade do molde. Assegure-se de que um lado do molde empilhado esteja plano enquanto utiliza o outro lado para segurar os componentes do projeto. Esta estratégia ajuda a reduzir o desalinhamento do bloco do molde e a possibilidade de transbordamento.

Incorporar um orifício de ventilação considerável desde a borda da cavidade do molde até à borda do molde para uma exaustão eficiente. Isto ajuda o fluxo de material para o molde, diminui a pressão e evita a inundação da área da porta, reduzindo assim os tempos de ciclo. Evite secções transversais demasiado finas, uma vez que as superfícies com uma espessura inferior a 1-2 mm são susceptíveis de se deformarem devido ao calor.

Aperfeiçoe o seu processo de impressão ajustando a parte traseira do molde para reduzir a utilização de material. Diminua o tamanho da secção transversal das áreas de suporte da cavidade sem molde para reduzir os gastos de resina e diminuir a probabilidade de defeitos de impressão ou deformidades. A introdução de um chanfro pode facilitar a remoção da peça de trabalho da plataforma de construção. Utilizar pinos de centragem nos cantos para alinhar eficazmente as duas impressões.

Orientação da face interna: Posicione a face interna do molde de modo a evitar qualquer contacto com os suportes, melhorando a qualidade da superfície de impressão ao minimizar ou eliminar as marcas de suporte. Esta orientação também reduz a necessidade de pós-processamento.

Ventilação superficial: A incorporação de respiradouros no desenho do molde facilita a remoção do ar preso durante o processo de moldagem por injeção. As aberturas pouco profundas recomendadas, com cerca de 0,05 mm de dimensão, ajudam a reduzir a probabilidade de defeitos como o flash de injeção.

Utilizar os canais: Integrar canais na conceção do molde para moldes destinados a 20 ou mais passagens. Isto permite a inclusão de barras e tubos metálicos, reduzindo eficazmente os defeitos de moldagem por injeção, como a deformação. Além disso, a utilização de canais contribui para uma diminuição do tempo de arrefecimento.

Altura da camada: Optar por uma altura de camada inferior aumenta a suavidade do molde impresso e minimiza a visibilidade das linhas impressas.

Conceção de peças: A qualidade do processo de moldagem por injeção depende significativamente do molde de impressão 3D utilizado. Por conseguinte, devem ser tidos em conta vários factores durante a fase de conceção da peça para garantir o sucesso e a eficiência do produto impresso, incluindo a incorporação de um ângulo de inclinação. Um ângulo de inclinação recomendado de 20 simplifica a remoção da peça moldada por injeção do molde de injeção impresso.

Seleção de materiais: A escolha do material para o molde impresso em 3D é fundamental. Deve ser capaz de suportar as temperaturas e pressões elevadas envolvidas no processo de moldagem por injeção sem se deformar ou derreter. Materiais como nylon, ABS e policarbonato são frequentemente utilizados para moldes de injeção de impressão 3D.

Espessura uniforme da parede: As peças moldadas por injeção requerem uma espessura de parede consistente para minimizar defeitos como a deformação durante e após a injeção. Nos casos em que são necessárias paredes finas, a incorporação de nervuras e reforços finos pode aumentar a resistência da parede.

Evitar cantos afiados: Incluí um raio nas extremidades do molde para eliminar os cantos afiados. Este ajuste ajuda a facilitar o fluxo suave do plástico fundido e reduz a ocorrência de defeitos de moldagem por injeção.

Evitar o Flash: O flash é um problema comum na moldagem por injeção, em que o excesso de plástico fundido escapa do molde e solidifica durante o processo de injeção. Este defeito pode resultar de um mau ajuste entre as metades do molde, pressão de injeção excessiva ou enchimento excessivo do molde.

O flash dos moldes impressos em 3D pode ser eliminado através da incorporação de sistemas de canais no projeto do molde e garantindo tolerâncias nas linhas das peças. No entanto, se estes métodos não funcionarem, pode tentar fazer ajustes pós-conceção, tais como aumentar a força de fixação e/ou reduzir a pressão de injeção.

Utilizar composto de libertação para remover peças: Durante o processo de desmoldagem, é introduzido um agente desmoldante para facilitar a remoção suave da peça moldada por injeção. Sem um agente de libertação, as peças podem ficar presas no molde. Isto exigirá uma força excessiva para remover a peça, o que pode danificar a peça e/ou o molde.

Testes e verificação: Antes de utilizar um molde impresso em 3D para moldagem por injeção, o seu desempenho deve ser testado e verificado. Os testes podem ajudar a identificar quaisquer problemas com o design do molde ou com a seleção do material e a fazer os ajustes necessários antes do início da produção da peça.

Exportar ficheiros de desenho CAD

Depois de criar o modelo CAD do molde, o passo seguinte consiste em exportar o desenho como um ficheiro STL. O STL é um formato de ficheiro comummente utilizado para a impressão 3D. O ficheiro STL engloba um modelo 3D do molde, pronto a ser importado para um software de impressão 3D, pronto a ser impresso. Outros formatos de ficheiro compatíveis com impressoras 3D incluem FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G e AMF.

Molde de injeção para impressão 3D

Uma vez preparado o ficheiro STL, pode ser utilizada uma impressora 3D para produzir o molde de injeção. Os moldes podem ser criados através de vários processos de impressão 3D, tais como Modelação por Deposição Fundida (FDM), Estereolitografia (SLA), Sinterização Selectiva a Laser (SLS) e Processamento Digital de Luz (DLP). A seleção da impressora 3D e dos materiais de impressão depende de factores como a complexidade do molde e a longevidade do mesmo.

O FDM apresenta normalmente a solução de impressão 3D mais económica para moldes e ferramentas de plástico. No entanto, o molde final pode apresentar linhas de camada visíveis que necessitam de lixagem ou acabamento químico para remoção.

As tecnologias de impressão 3D à base de resina, como a SLA e a DLP, são escolhas populares, uma vez que produzem moldes com acabamentos de superfície mais suaves, reduzindo a necessidade de pós-processamento extensivo. O jato de material, outro método de impressão 3D baseado em resina, pode criar moldes com acabamentos de superfície superiores utilizando vários materiais e cores. A SLS utiliza nylon reforçado para a produção de moldes, oferecendo uma resistência robusta e uma elevada qualidade de superfície.

Configuração padrão

Os moldes de impressão 3D para moldagem por injeção têm principalmente as duas configurações padrão seguintes.

Molde de impressão 3D mobilado
Esta configuração não necessita de estruturas de suporte em alumínio, uma vez que estas são inteiramente impressas. Como resultado, o molde exige mais material de impressão, aumentando o custo e o tempo de impressão. No entanto, sem uma moldura, são susceptíveis a defeitos como o empeno após uma utilização extensiva.

Montar o molde na estrutura metálica

Quando o molde impresso em 3D estiver completo, tem de ser montado numa estrutura metálica (base do molde) para o manter no lugar durante o processo de moldagem por injeção. A base do molde inclui o casquilho do jito, onde o material fundido é vertido para o molde.

A configuração do molde determina a forma como é montado na estrutura. Existem duas configurações padrão de moldes de injeção para impressão 3D. A primeira configuração insere o molde impresso numa estrutura de alumínio, proporcionando estabilidade, precisão e suporte ao molde. Esta configuração é mais adequada para produzir moldes de injeção precisos peças moldadas por injeçãoO sistema de injeção de ar, ajuda a evitar defeitos de moldagem, como o empeno, mantém a integridade do molde e assegura uma distribuição consistente da pressão durante o processo de moldagem por injeção.

A segunda configuração implica um molde totalmente impresso em 3D sem uma estrutura de alumínio. Embora isto elimine a necessidade de uma moldura, é necessário mais material de impressão, o que leva a um aumento dos custos e do tempo de impressão. Os moldes criados com esta configuração são também mais susceptíveis a defeitos como a deformação, uma vez que não existe suporte.

Iniciar o processo de moldagem por injeção

Quando o molde estiver montado na estrutura metálica, o processo de moldagem por injeção pode começar. Durante este processo, o molde é fechado e o material fundido é injetado no molde através da manga do jito. O material derretido preenche a cavidade do molde, conformando-se com a forma da peça pretendida. Após o arrefecimento e a solidificação do material, o molde é aberto e a peça acabada é extraída.

Pós-processamento

Após a impressão, o molde pode necessitar de pós-processamento adicional. Isto pode incluir lixar para remover linhas de camadas, montar várias impressões e aplicar um agente de libertação à superfície da cavidade para ajudar a libertar a peça acabada após a moldagem por injeção.

Lixar: A lixagem pode ajudar a eliminar as linhas de camada na superfície do modelo impresso em 3D. Comece com uma lixa mais grossa e passe gradualmente para grãos mais finos. Evite lixar no mesmo local durante muito tempo para evitar fricção e calor excessivos que podem derreter a superfície. Tenha cuidado para não lixar demasiado material, especialmente à volta das costuras, se a impressão tiver de ser colada mais tarde.

Ligação: Ao colar, recomenda-se a aplicação de cola em pequenos pontos para garantir um contacto mais próximo entre as duas superfícies, como se as ligasse com um elástico. Para costuras ásperas ou com folgas, pode ser utilizada cola Bondo ou massa de enchimento para obter um acabamento mais suave.

Colorir: Durante este passo, tente fazê-lo numa área bem ventilada e sem pó para garantir que a coloração é uniforme em todas as superfícies. Ao pintar, pendura o alvo mantendo uma distância de um braço. Depois de pintar o modelo de impressão 3D com cola macia, deixe secar durante 1-2 dias antes de o polir.

Instalação de ranhuras para parafusos: A instalação de ranhuras para parafusos pode prolongar a vida útil da estrutura impressa em 3D. Para garantir um ajuste apertado, os orifícios do modelo devem ser ligeiramente mais pequenos do que as ranhuras dos parafusos. Fixar o modelo para garantir a estabilidade e evitar operações rápidas ou forçadas para evitar a deformação dos orifícios.

Inversão do molde de silicone: Este processo envolve uma caixa de molde para impressão 3D, silicone, resina, copo medidor e outros materiais. Para calcular o volume do molde, encha primeiro a caixa do molde de impressão 3D com água e depois deite a água no copo de medição.

Conclusão

Os moldes impressos em 3D oferecem uma vantagem distinta em relação aos moldes concebidos de forma tradicional, tornando-os ideais para várias indústrias que requerem a produção de pequenos lotes de produtos com designs simples e complexos.

Essencialmente, o processo de criação de moldes impressos em 3D para moldagem por injeção segue uma abordagem estruturada. Começa com a conceção do molde utilizando software CAD e procede ao ajuste fino das definições da impressora para obter impressões de alta qualidade. Poderão ser necessários passos subsequentes de pós-processamento, tais como retificação e polimento, para melhorar a superfície do molde.

A incorporação de componentes essenciais, como os plug-ins, e a realização de testes exaustivos garantem a funcionalidade e a precisão. Uma vez validado, o molde está pronto para moldagem por injeção facilitando a criação rápida de protótipos e o fabrico de peças de plástico com desenhos complexos.